Расчет и конструирование несущих конструкций одноэтажного промышленного здания
Расчет и конструирование несущих конструкций одноэтажного промышленного здания
1
Министерство образования Российской Федерации
Ангарская государственная техническая академия
Кафедра промышленного и гражданского строительства
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по металлическим конструкциям на тему
Расчет и конструирование несущих конструкций
одноэтажного промышленного здания
Выполнила студентка
Живодерова Ольга Евгеньевна
Группы ПГС-00-1
Руководитель проекта
Савенков Андрей Иванович
Ангарск, 2003
СОДЕРЖАНИЕ
Исходные данные
1. Компоновка конструктивной схемы каркаса здания
1.1 Выбор типа поперечной рамы
1.2 Выбор ограждающих конструкций здания
1.3 Разбивка сетки колонн
1.4 Компоновка поперечной рамы
1.5 Выбор шага рам
2. Расчет поперечной рамы каркаса здания
2.1 Нагрузки, действующие на раму
2.1.1 Постоянная нагрузка
2.1.2 Снеговая нагрузка
2.1.3 Ветровая нагрузка
2.1.4 Нагрузка от мостовых кранов
2.2 Статический расчет поперечной рамы
3. Расчет внецентренно-сжатой колонны рамы
3.1 Выбор невыгоднейших расчетных усилий в колонне рамы
3.2 Определение расчетных длин колонны в плоскости рамы
3.3 Определение расчетных длин колонны из плоскости рамы
3.4 Расчет верхней части колонны
3.5 Расчет нижней части колонны
3.6 Конструкция и расчет сопряжения верхней и нижней частей колонны
3.7 Конструкция и расчет базы колонны
4. Расчет решетчатого ригеля рамы
4.1 Определение усилий в стержнях фермы
4.2 Подбор и проверка сечений стержней фермы
4.3 Расчет узлов фермы
Литература
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Вариант 295
район строительства - г. Красноярск
характеристика теплового режима в здании - отапливаемое
назначение здания - цех машиностроительного завода
пролет здания - 30 м
длина здания - 144 м
тип крана - мостовой электрический общего назначения
количество кранов - 3
грузоподъемность крана - 80/20 т
режим работы крана - Т
отметка головки подкранового рельса + 18,000
способ соединения элементов конструкций: заводские - сварка, монтажные - сварка и черные болты
тип покрытия - прогонное
ограждающие конструкции покрытия - профилированный настил
марка бетона фундамента - М100
фонарная надстройка - отсутствует.
1. КОМПОНОВКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ КАРКАСА ЗДАНИЯ
1.1 Выбор типа поперечной рамы
Опирание колонн здания на фундаменты и сопряжение ригелей с колоннами принимаем жестким (краны Т режима работы).
1.2 Выбор ограждающих конструкций здания
Тип и размеры ограждающих конструкций стен и покрытий указаны в таблице 1.1.
Таблица 1.1 Весовые характеристики конструкций
Конструкции
Нормативная нагрузка, кН/м
Коэффициент надежности по нагрузке
Расчетная нагрузка
кН/м
Керамзитобетонные стеновые панели
ПС (5980х1785х300)
ПС (11970х1780х300)
3,84
3,85
1,2
1,2
4,608
4,62
Гравийная защита
0,30
1,20
0,36
Трехслойный рубероидный ковер
0,10
1,30
0,13
Утеплитель-пенопласт ФРП-1 q=1кН/м, t=0,05
1*0,05
0,05
1,30
0,065
Стальной профилированный настил t=0,001 м
0,10
1,05
0,11
Собственный вес прогонов
q = 0,12кН/м2
0,10
1,05
0,11
Собственный вес фермы
L*j*k=30*0,009*1,2=0,324 (L=30 м)
0,324
1,05
0,34
1.3 Разбивка сетки колонн
В соответствии с основными положениями по унификации объемно-планировочных и конструктивных решений пролеты и шаги колонн назначаем кратными 6м, высота помещений кратна 0,6м.
Рассмотрим два варианта: 1 вариант - шаг колонн 6м; 2 вариант - шаг колонн 12м.
1.4 Компоновка поперечной рамы
Вертикальные габариты здания:
Расстояние от головки кранового рельса до низа несущих конструкций покрытия Н2 = (Нк +100) + f= (4000 + 100) + 300 = 4400 мм (кратно 200 мм).
Высота цеха от уровня пола до низа стропильных ферм Н0 = Н2 + Н1 = 4400 + 18000 = 22400 мм. Принимаем ближайший больший размер, кратный 1,8 м, - 23400 мм, при этом корректируем Н1 = Н0- Н2= 23400 - 4400 = 19000 мм.
Для шага рам 6 м:
Размер верхней (надкрановой) части колонны Нв = hб + hр + Н2 = 1000 + 4400 = 5400 мм.
Размер нижней (подкрановой) части колонны Нн = Но- Нв + Нзагл, = 23400 - 5400 + 600 = 18600 мм.
Общая высота колонны рамы от базы до низа ригеля Н = Нв + Нн = 5400 + 18600 = 24000 мм.
Высота сечения нижней части колонны hн= l1 + а= 1250 + 250 = 1500 мм (Н/20 = 24000/20 = 1200 мм).
Верхнюю часть колонны назначаем сплошной, двутаврового сечения, нижнюю часть - сквозной (1500 мм 1000 мм).
1.5 Выбор шага рам
Вариант 1 (шаг рам 6 м).
Вес всех элементов, входящих в комплекс подкрановой конструкции (подкрановой балки со связями, тормозной конструкции, подкранового рельса с деталями крепления)
Высота сечения 1500 мм. Подкрановую ветвь колонны принимаем из широкополочного двутавра, наружную - составного сварного сечения из трех листов.
Определение ориентировочного положения центра тяжести.
Принимаем ; 150 - 5 = 145 см.
у1 = 68815,2/(76943 + 68815,2)145 = 68,46 см
= 145 - 68,46 = 76,54 см
Усилия: в подкрановой ветви Nв1 = 1510,6576,54/145 + 76943/145 = 1328,1 кН
В наружной ветви Nв2 = 2086,6168,46/145 + 68815,21/145 = 1459,76 кН
Требуемая площадь ветвей:
Для подкрановой ветви задаемся ,8; (сталь С245 фасонный прокат)
АВ1 = 1328,1/(0,824) = 69,2 см2
По сортаменту подбираем I 50Б1(I 45Б1 не удовлетворяет требованию по устойчивости): АВ1 = 91,8 см2; iх1 = 4,22 см; iу1 = 20,3 см.
Для наружной ветви 1459,76/(0,824) = 76,03 см2 (сталь С245 листовой прокат, ,8).
Для удобства прикрепления элементов решетки просвет между внутренними гранями полок принимаем 471 мм. Толщину стенки швеллера для удобства ее соединения встык с полкой надкрановой части колонны принимаем равной 12 мм; высота стенки из условия размещения сварных швов 510 мм.
Расчет решетки подкрановой части колонны. Поперечная сила в сечении колонны = - 46,3824 кН.
Условная поперечная сила ;
(91,8 + 111,6) = 40,68 46,3824 кН.
Расчет производим на QMAX.
Усилие сжатия в раскосе
46,3824/ (20,64) = 36,24 кН
150/ (1502 + (358 /2)2) = 0,64;
10 - угол наклона раскоса.
Задаемся ;
Требуемая площадь раскоса:
36,24/(0,56240,75) = 3,6 см2
R = 24 кН/см2 (фасонный прокат из стали С245); (сжатый уголок, прикрепленной одной полкой). Принимаем L 75x6 ( предыдущие сечения не удовлетворяют требованиям по устойчивости):= 8,78 см2; 1,48 см; 234,38/1,48 = 158; = 0,25.
Напряжения в раскосе:
36,24/(0,258,78) = 16,5 R= 240,75 = 18 кН/см2.
Проверка устойчивости колонны в плоскости действия момента как единого стержня.
Для комбинации усилий, догружающих подкрановую ветвь (сеч. 3-3),
N1 = -1510,65 кН; М1 = -769,43 кНм
76943203,479,6/(1510,651058990,5) = 0,78; 1;
= 1510,65/(0,51203,4) = 14,6 R = 24 кН/см2.
Устойчивость сквозной колонны как единого стержня из плоскости действия момента проверять не нужно, т.к. она обеспечена проверкой устойчивости отдельных ветвей.
3.6. Конструкция и расчет сопряжения верхней и нижней частей колонны
Расчетные комбинации усилий в сечении над уступом:
1) М = 262,9552 кНм; N = 349,25 кН;
2) М = -339,242 кНм; N = 543,65 кН.
Давление кранов 1161,39 кН.
Прочность стыкового шва проверяем по нормальным напряжениям в крайних точках сечения подкрановой части.
Коэффициент 0,9 учитывает, что усилия N и М приняты для второго основного сечения нагрузок.
Требуемая длина шва
1122,3/(40,616,2) = 28,9 см
Высота траверсы из условия прочности стенки подкрановой ветви в месте крепления траверсы:
1122,37/ (20,84414) = 47,5 см
Принимаем 60 см.
Проверим прочность траверсы как балки, нагруженной усилиями N, М, ДMAX. Нижний пояс траверсы принимаем конструктивно из листа 460х12 мм, верхние горизонтальные ребра - из двух листов 180х12.
Геометрические характеристики траверсы:
Положение центра тяжести траверсы:
ун = (2181,244,4 + 1,258,830,6 + 1,2460,6)/(2181,2 + 1,258,8 + 1,246) = 24,3 см
Ширина нижней части колонны 150 см 100 см, поэтому проектируем базу раздельного типа.
Расчетная комбинация усилий в нижнем сечении колонны (сечение 4-4):
M = 688,1521кНм; N = 1144,86 кН
Усилия в ветвях колонны:
68815,21/145 +2086,6165,4/145 = 1415,72 Кн; 1620 кН.
База наружной ветви.
Требуемая площадь плиты
1620/0,54 = 3000 см
; (Бетон М100).
По конструктивным соображениям свес плиты c2 должен быть не менее 4см.
Тогда 9,9 +24 = 57,9 см. Принимаем В = 60 см;
= 3000/60 = 50 см. Принимаем L = 50 см; 5060 = 3000 см2.
Среднее напряжение в бетоне под плитой
= 1620/3000 = 0,54 кН/см2
Из условия симметричного расположения траверс относительно центра тяжести ветви расстояние между траверсами в свету равно:
18 +1,2 - 5) = 28,4 см; при толщине траверсы 12 мм с1 = (50 - 28,4 - 21,2)/2 = 9,6 см
Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:
Участок 1 (консольный свес 9,6 см)
549,62/2 = 24,9 кНсм
Участок 2 (консольный свес )
М2 = 0,5452/2 = 6,75 кНсм
Участок 3 (плита, опертая на четыре стороны; b/a = 47,1/18 = 2,6 2; = 0,125);
0,54182 = 21,87 кНсм
Участок 4 (плита, опертая на четыре стороны;b/a = 47,1/9,2 = 5,1 2; = 0,125);
,549,22 = 5,7 кНсм
Принимаем для расчета МMAX = М1 = 24,9 кНсм.
Рис.3.4. База колонны
Требуемая толщина плиты = (624,9/22) = 2,6 см
Принимаем 28 мм (2 мм - припуск на фрезеровку).
Высоту траверсы определяем из условия из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилия в ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва. Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А, d = 2 мм; kш = 8 мм. Требуемая длинна шва:
1620/(40,816,2) = 31,25 см
8 = 61,2 см
Принимаем .
1620/(40,8(40 - 2)) = 13,3 16,2 кН/см2
База подкрановой ветви.
Требуемая площадь плиты = 1415,72/0,54 = 2621,7 см2
В 49,5 + 24 = 57,5 см; принимаем В = 60 см; 2621,7/60 = 43,7 см;
принимаем L = 45 см; 4560 = 2700 см2.
Напряжение в фундаменте под плитой 1415,72/2700 = 0,52 кН/см2.
Определим изгибающие моменты на отдельных участках плиты:
Участок 1. (консольный свес с = 5,3 см)
0,525,32/2 = 7,3 кНсм
Участок 2. (плита рассчитывается как консоль).
= 0,5211,32/2 = 33,2 кНсм
Участок 3. (плита, опертая на четыре стороны;b/a = 47,1/9,6 = 4,9 2;;)
0,520,1259,62/2 = 6 кНсм
Принимаем для расчета МMAX= M2 = 33,2 кНсм.
Требуемая толщина плиты
= (633,2/22) = 3 см.
Принимаем 32 мм
Высоту траверсы определим из условия размещения шва крепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности все усилия ветви передаем на траверсы через 4 угловых шва.
Сварка полуавтоматическая проволокой марки Св-08А, d = 2 мм; kш = 6 мм.
= 1415,72/(40,616,2) = 36,4 см
Принимаем .
1415,72/(40,6(40 - 2)) = 15,52 16,2 кН/см2
4. РАСЧЕТ РЕШЕТЧАТОГО РИГЕЛЯ РАМЫ
Материал стержней ферм - сталь марки С245.
4.1 Определение усилий в стержнях фермы
Постоянная нагрузка:
Fg = 1,115263 = 20 кН
Рис. 4.1. Расчетная схема постоянной нагрузки
Снеговая нагрузка:
Fсн = 1,5631.6 = 43 кН
Рис. 4.2. Расчетная схема снеговой нагрузки
Рис.4.3. Диаграмма усилий от постоянной (или снеговой) нагрузки